樁基檢測(cè)技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用

高承成

天津華北地質(zhì)勘查局，中國·天津 300170

天津華勘基礎(chǔ)工程檢測(cè)有限公司，中國·天津 300170

經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展有效地推動(dòng)了其他各行各業(yè)的發(fā)展，建筑行業(yè)也不例外。地基屬于建筑工程中比較重要的組成部分，具有高抗震性、高承載力、低沉降等優(yōu)點(diǎn)。作為建筑工程中比較關(guān)鍵的基礎(chǔ)性工程，地基一般分布在建筑物的底部，用于支撐整個(gè)建筑物，所以地基施工質(zhì)量的高低將會(huì)直接決定建筑物的整體質(zhì)量和使用壽命。樁基礎(chǔ)屬于建筑地基中的一種重要形式，在建筑工程中被廣泛地采用，因此，做好樁基檢測(cè)工作就顯得尤為重要，不僅可以避免建筑地基出現(xiàn)質(zhì)量問題而影響后續(xù)施工進(jìn)度和質(zhì)量，還可以有效推動(dòng)中國建筑行業(yè)的健康、可持續(xù)發(fā)展。

樁基礎(chǔ)；樁基檢測(cè)；現(xiàn)狀；對(duì)策

1 引言

隨著城市化的建設(shè)與發(fā)展，越來越多的高層建筑物如雨后春筍般涌現(xiàn)，而地基是高層建筑中比較關(guān)鍵的施工內(nèi)容，而且地基施工質(zhì)量的高低將會(huì)直接決定建筑物的整體質(zhì)量高低。由于建筑地基尤其是樁基礎(chǔ)屬于隱蔽性工程，需要借助樁基檢測(cè)來準(zhǔn)確的了解和掌握其施工質(zhì)量高低。因此為了確保檢測(cè)工作的順利進(jìn)行，需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件、環(huán)境及施工工藝等因素來選取樁基檢測(cè)方法，從而確保樁基檢測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、真實(shí)性和可靠性，有效提高建筑地基施工質(zhì)量。[1]

2 樁基檢測(cè)技術(shù)的重要性

如今，大型橋梁及超高層建筑在城市化建設(shè)中不斷涌現(xiàn)，其建筑基礎(chǔ)基本上會(huì)采用樁基礎(chǔ)。樁基礎(chǔ)主要隱藏在建筑物底部，可以有效的承受上部建筑荷載，確保建筑物的結(jié)構(gòu)安全性和穩(wěn)定性。在建筑施工過程中，如果樁基質(zhì)量出現(xiàn)問題，不僅會(huì)誘發(fā)建筑物出現(xiàn)整體性破壞，而且還會(huì)危及周圍人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此做好基礎(chǔ)樁基的檢測(cè)工作尤為重要。

通常情況下，樁基檢測(cè)內(nèi)容一般包括灌注樁成孔質(zhì)量、樁身完整性和承載力檢測(cè)等幾個(gè)方面，通過對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和分析，就可以對(duì)建筑樁基的整體質(zhì)量進(jìn)行準(zhǔn)確、客觀的評(píng)價(jià)。在建筑樁基的施工過程中，要采取有效措施對(duì)施工進(jìn)度和質(zhì)量進(jìn)行管控，并做好各個(gè)環(huán)節(jié)施工質(zhì)量的檢測(cè)工作。通過有效提高建筑樁基檢測(cè)的整體水平，既能夠滿足建筑工程施工對(duì)樁基質(zhì)量的基本要求，又能夠提高建筑工程的整體質(zhì)量和使用壽命。

3 樁基檢測(cè)技術(shù)的主要方法

3.1 灌注樁成孔質(zhì)量檢測(cè)

在灌注樁施工過程中，成孔質(zhì)量將會(huì)對(duì)混凝土的澆注質(zhì)量和基礎(chǔ)整體質(zhì)量產(chǎn)生重要的影響。因此，有效地控制成孔質(zhì)量，確保工程安全就顯得尤為重要。通常情況下，成孔質(zhì)量檢測(cè)內(nèi)容主要包括：孔徑檢測(cè)、孔深檢測(cè)、孔底沉渣厚度檢測(cè)及垂直度檢測(cè)。[2]

目前，中國應(yīng)用較多的方法是超聲波法和接觸式儀器組合法。超聲波法成孔檢測(cè)時(shí)，儀器探頭懸浮在樁孔的泥漿液中，與樁孔孔壁不直接接觸，屬于非接觸式檢測(cè)方法，檢測(cè)儀器具有自校功能。接觸式儀器組合法應(yīng)用較多也比較成熟，相對(duì)于超聲波法，它必須保持儀器探頭對(duì)孔壁或者孔底的接觸，屬于接觸式檢測(cè)方法，檢測(cè)系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)前需要根據(jù)自校程序進(jìn)行標(biāo)定。

3.2 樁基承載力檢測(cè)

目前，樁基承載力檢測(cè)應(yīng)用較多的是靜載荷試驗(yàn)和高應(yīng)變檢測(cè)。

靜載荷試驗(yàn)通過模擬樁基實(shí)際使用過程中的受力狀態(tài)，逐級(jí)施加荷載，觀察和記錄在荷載作用下樁基的承載能力和位移變化等，最終結(jié)合觀測(cè)的數(shù)據(jù)對(duì)樁基的承載能力作出整體判斷。靜載荷試驗(yàn)所檢測(cè)到的數(shù)據(jù)可以形成基樁的“荷載-位移曲線、位移-時(shí)間對(duì)數(shù)曲線和位移-荷載對(duì)數(shù)曲線”等，并隨著基樁的受力性狀、樁側(cè)土體、樁的形狀尺寸、成樁工藝等因素的變化，曲線的特征也會(huì)不同。通常情況下，曲線陡降段比較明顯的，樁基的極限荷載值比較容易確定，如果曲線陡降特征不明確，人為因素會(huì)對(duì)承載力的確定會(huì)產(chǎn)生一定的影響。因此，如何根據(jù)實(shí)際條件合理確定極限荷載是非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)。

高應(yīng)變檢測(cè)屬于一種承載力動(dòng)力檢測(cè)方法。檢測(cè)時(shí)將2支加速度傳感器和2 支應(yīng)變力傳感器分別對(duì)稱安裝在樁側(cè)表面（距樁頂2 倍樁徑左右），用重錘自由下落沖擊樁頂，由傳感器接收樁身在瞬時(shí)沖擊下產(chǎn)生的軸向應(yīng)變、樁側(cè)與樁端土阻力效應(yīng)及樁身運(yùn)動(dòng)速度信號(hào)等。其中，CASE 法是以行波理論為基礎(chǔ)，視樁為一維彈性桿件，在樁頂施加垂向瞬時(shí)沖擊力，使樁身向下位移，激發(fā)樁側(cè)與樁端土阻力，通過分析簡(jiǎn)化去除土的動(dòng)阻力成份，求得樁的靜承載力；波形擬合法計(jì)算承載力時(shí)，是將測(cè)試信號(hào)輸入專門分析軟件進(jìn)行波動(dòng)理論的分析計(jì)算，先根據(jù)工程實(shí)際情況輸入有關(guān)參數(shù)，再通過人機(jī)對(duì)話，對(duì)理論曲線和實(shí)測(cè)曲線進(jìn)行反復(fù)比較、修改、擬合，在二者盡可能吻合的情況下，由最佳擬合參數(shù)（在巖土工程合理范圍內(nèi)）計(jì)算出樁周及樁端土總阻力即單樁抗壓承載力。擬合法計(jì)算要求所采用的力學(xué)模型應(yīng)明確、合理，樁和土的力學(xué)模型應(yīng)能分別反映樁和土的實(shí)際力學(xué)性狀，擬合完成時(shí)，土阻力響應(yīng)區(qū)段的計(jì)算曲線與實(shí)測(cè)曲線應(yīng)吻合，其他區(qū)段應(yīng)基本吻合。

3.3 樁基完整性檢測(cè)

樁基完整性檢測(cè)通常有鉆芯法、低應(yīng)變法和聲波透射法等方式，選擇哪一種檢測(cè)方法應(yīng)根據(jù)工程的具體情況確定，有時(shí)候也會(huì)是多種方法的綜合應(yīng)用。

鉆芯法具有準(zhǔn)確、實(shí)用、直觀等特點(diǎn)，在混凝土灌注樁和一些柔性材料樁的檢測(cè)中仍然廣泛的采用，其能夠?qū)渡砘炷翉?qiáng)度、樁長、樁身完整性和樁底沉渣厚度等情況給予準(zhǔn)確的檢測(cè)，并對(duì)樁端持力層的巖土性狀給予準(zhǔn)確的判定或鑒別。實(shí)際操作中，鉆芯技術(shù)對(duì)最終結(jié)果的準(zhǔn)確性影響比較大，在鉆芯法檢測(cè)過程中，對(duì)鉆頭和鉆機(jī)都作出了相應(yīng)的規(guī)定，這樣可以有效避免誤判現(xiàn)象。如果樁長或長徑比較大時(shí)，還有鉆芯孔偏離出樁外的風(fēng)險(xiǎn)，因此鉆進(jìn)過程中要嚴(yán)格控制好鉆機(jī)的垂直度，從而有效提高鉆芯的成功率。

低應(yīng)變法目前中國外普遍采用的是反射波法，主要是以“一維彈性桿件理論”作為假設(shè)基礎(chǔ)，測(cè)試時(shí)以瞬態(tài)沖擊方式獲得樁頂速度或加速度的時(shí)域曲線，在樁基內(nèi)部產(chǎn)生低幅度振動(dòng)，并借助外部波動(dòng)檢測(cè)裝置來對(duì)其波動(dòng)情況進(jìn)行有效的檢測(cè)，最后對(duì)波動(dòng)結(jié)果進(jìn)行分析就可以得到樁基的質(zhì)量情況。通常情況下，低應(yīng)變反射波法可以真實(shí)的檢測(cè)出樁基的具體參數(shù)，而且還可以判定樁基異常的大致位置，并對(duì)其異常類型進(jìn)行有效的判定，為后續(xù)的處理工作提供參考和依據(jù)。實(shí)際檢測(cè)過程中，低應(yīng)變反射波法也存在一定的局限性，比如樁周巖層與樁基材質(zhì)波抗差異較小時(shí)，無法測(cè)得樁底的反射波形。

聲波透射法檢測(cè)需要在樁基施工時(shí)將聲測(cè)管提前安裝在灌注樁鋼筋籠內(nèi)側(cè)，其檢測(cè)混凝土完整性的基本原理是：檢測(cè)時(shí)，儀器換能器會(huì)發(fā)射一定頻率的脈沖波，脈沖波在完整混凝土內(nèi)部的傳播速度、接收信號(hào)主頻和首波幅度等聲學(xué)參數(shù)不會(huì)產(chǎn)生明顯的差異與變化。但是，如果樁身混凝土中存在缺陷（如離析、空洞、不密實(shí)以及裂縫等），聲波穿過時(shí)會(huì)在缺陷部位發(fā)生反射、折射或散射等，聲時(shí)將會(huì)發(fā)生變化，并且波幅和頻率值都會(huì)明顯降低，產(chǎn)生波列的雜亂，波形相互疊加，產(chǎn)生無規(guī)律的畸變。利用上述原理，可以通過采集聲波在樁身混凝土中傳播時(shí)的聲學(xué)參數(shù)以及相對(duì)變化量，然后綜合對(duì)比分析，進(jìn)而就能判別混凝土的施工質(zhì)量、樁身缺陷的程度和缺陷的位置等。

4 幾種常用的樁基檢測(cè)方法比較

4.1 成孔質(zhì)量檢測(cè)方法——超聲波法與接觸式儀器組合法

超聲波法成孔檢測(cè)可以直接檢測(cè)出樁孔的孔徑、孔深和垂直度幾個(gè)參數(shù)，但沉渣厚度只能根據(jù)實(shí)測(cè)孔深與設(shè)計(jì)孔深之間的差值間接估算，精度比較低。而且，超聲波法受泥漿比重、粘稠度和含砂量等因素影響很大，測(cè)試時(shí)經(jīng)常出現(xiàn)受泥漿影響無法采集到信號(hào)的現(xiàn)象。另外，泥漿中的懸浮物質(zhì)會(huì)導(dǎo)致超聲波散射，如果泥漿中存在氣泡，也會(huì)屏蔽超聲波信號(hào)，這些因素也會(huì)造成測(cè)試信號(hào)模糊、間斷或空白。因此，采用超聲波法檢測(cè)時(shí)，泥漿性能應(yīng)保證重度小于12．0kN/m3，粘度在18s-25s 之間，含砂量小于4%；另外，檢測(cè)應(yīng)在清孔完成且泥漿中氣泡基本消散后才能進(jìn)行。

接觸式儀器組合法主要是采用傘形孔徑儀、測(cè)斜儀和沉渣測(cè)定儀分別檢測(cè)樁孔的孔徑、垂直度和沉渣厚度，屬于多種設(shè)備組合而成的一個(gè)檢測(cè)系統(tǒng)。新型的檢測(cè)系統(tǒng)在硬件上已經(jīng)高度整合，實(shí)現(xiàn)了孔徑、孔深和垂直度檢測(cè)一次升降便可完成數(shù)據(jù)采集。傘形孔徑儀下放到樁孔底部后可完成孔深檢測(cè)和垂直度檢測(cè)，孔徑儀測(cè)量腿打開后上提過程可完成孔徑檢測(cè)，相對(duì)于老型號(hào)的灌注樁孔徑檢測(cè)系統(tǒng)檢測(cè)效率有了很大提高；孔底沉渣厚度的檢測(cè)需要借助沉渣測(cè)定儀，有電阻率法、聲波法、電容法和測(cè)錘法等。

4.2 承載力檢測(cè)方法——靜載荷試驗(yàn)與高應(yīng)變檢測(cè)

靜載荷試驗(yàn)是最為直觀、準(zhǔn)確、可靠的檢測(cè)方法，判定其他動(dòng)載測(cè)方法是否成熟時(shí)，均以靜載荷試驗(yàn)結(jié)果作為評(píng)判依據(jù)。靜載荷試驗(yàn)按照樁基的受力狀態(tài)不同可以分為抗壓靜載荷試驗(yàn)、抗拔靜載荷試驗(yàn)和水平靜載荷試驗(yàn)，按照反力的施加方式不同可分為堆載法、錨樁法、自平衡法等等；靜載荷試驗(yàn)雖然工作方式比較原始、成本較高且費(fèi)時(shí)費(fèi)力，但由于其測(cè)試結(jié)果直觀、可靠仍有著不可替代性，在檢測(cè)中仍被廣泛采用。

隨著科技的進(jìn)步與樁基檢測(cè)技術(shù)的突飛猛進(jìn)，高應(yīng)變動(dòng)力檢測(cè)也越來越多的被應(yīng)用到樁基承載力檢測(cè)過程中，但由于其理論假設(shè)條件較多，測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性受到諸多因素的限制，雖然大家正在逐步接受和推廣這種檢測(cè)方法，但按照目前的情況仍無法取代靜載荷試驗(yàn)在承載力檢測(cè)方面的地位與權(quán)威，大多的設(shè)計(jì)和檢測(cè)人員還是更加傾向于使用靜載荷試驗(yàn)測(cè)試樁基承載力。[3]

4.3 完整性檢測(cè)方法——鉆芯法、低應(yīng)變反射波法與聲波透射法

鉆芯法在基樁完整性檢測(cè)中應(yīng)用非常的廣泛，其檢測(cè)結(jié)果直觀、準(zhǔn)確，而且可以檢測(cè)樁身混凝土芯樣的抗壓強(qiáng)度，但取芯成本相對(duì)較高且取芯周期較長，一般在低應(yīng)變或聲波透射法檢測(cè)過程中質(zhì)量存疑較大的灌注樁都采用鉆芯法進(jìn)行確認(rèn)。另外一些不宜采用低應(yīng)變法和聲波透射法檢測(cè)的柔性材料樁（如旋噴樁、水泥攪拌樁等），也多采用鉆芯法檢測(cè)樁身完整性。

低應(yīng)變法應(yīng)用較為普遍，效率高、成本低，一般大批次的基樁普查多采用低應(yīng)變法。但低應(yīng)變法無法對(duì)缺陷做精確定量判斷，而且很準(zhǔn)確難區(qū)分出缺陷的性質(zhì)，只能反映出缺陷的嚴(yán)重程度。盡管如此，低應(yīng)變法仍可用于判別樁身有效檢測(cè)長度范圍內(nèi)是否存在缺陷，因?yàn)橹灰谟行z測(cè)長度范圍內(nèi)存在缺陷，實(shí)測(cè)波形信號(hào)上就會(huì)有缺陷反射。

聲波透射法檢測(cè)相較于低應(yīng)變法更加細(xì)致和全面，可以定量給出缺陷的程度，檢測(cè)結(jié)果的更加準(zhǔn)確和可靠，可尤其在測(cè)量樁底沉渣方面準(zhǔn)確率高、效果較好。目前，鐵路、橋梁、軌道交通和一些大型的市政項(xiàng)目中的鉆孔灌注樁樁身完整性多采用聲波透射法法。但由于施工過程中的意外因素較多，聲測(cè)管堵塞的現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，造成檢測(cè)無法正常進(jìn)行。

5 樁基檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代至今，樁基檢測(cè)技術(shù)已經(jīng)取得了一系列的成果，應(yīng)用領(lǐng)域更為廣泛，而且有越來越多的高素質(zhì)人才開始真正的投身于這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用和研發(fā)之中，進(jìn)而有效的推動(dòng)樁基檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。但是，由于檢測(cè)單位的專業(yè)水平不同、各種方法的假設(shè)條件不同加之其他相關(guān)因素的影響，在一定程度上限制了樁基檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展。最常見的問題有：檢測(cè)人員專業(yè)素質(zhì)參差不齊、檢測(cè)報(bào)告編寫不規(guī)范、實(shí)際操作水平高低不一等等，這些都會(huì)影響整個(gè)樁基檢測(cè)行業(yè)的良性發(fā)展。

6 提高基礎(chǔ)樁基檢測(cè)效果的對(duì)策

6.1 完善相關(guān)規(guī)章制度和法律法規(guī)

在進(jìn)行基礎(chǔ)樁基檢測(cè)過程中，樁基檢測(cè)機(jī)構(gòu)需要嚴(yán)格按照建筑工程質(zhì)量管理的相關(guān)規(guī)章制度來開展各個(gè)環(huán)節(jié)的工作，同時(shí)政府部門也需要推動(dòng)樁基檢測(cè)法律法規(guī)的建設(shè)，這樣不僅可以確?；A(chǔ)樁基檢測(cè)工作有章可循，有法可依，而且還可以有效提高樁基檢測(cè)結(jié)果的真實(shí)性和準(zhǔn)確性。

6.2 完善市場(chǎng)監(jiān)督體系

作為中國的政府部門，要結(jié)合樁基檢測(cè)的特點(diǎn)來設(shè)立專門的機(jī)構(gòu)和部門，來開展樁基檢測(cè)的監(jiān)督和檢查工作，并定期或不定期的抽查檢測(cè)單位的檢測(cè)工作，對(duì)于未按照規(guī)范來開展工作，或者檢測(cè)報(bào)告不規(guī)范、檢測(cè)結(jié)果出現(xiàn)誤差的單位需要給予相應(yīng)的懲處，以確保檢測(cè)單位所開展的檢測(cè)工作規(guī)范、有序地進(jìn)行。同時(shí)，建筑基礎(chǔ)樁基檢測(cè)部門還需要貫徹硬性指標(biāo)，對(duì)現(xiàn)有的市場(chǎng)監(jiān)督體系進(jìn)行補(bǔ)充和完善，以確保樁基檢測(cè)工作有條不紊的進(jìn)行。

6.3 引入現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)

為了確保建筑樁基檢測(cè)工作的順利進(jìn)行，樁基檢測(cè)單位需要注重對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的應(yīng)用和創(chuàng)新，并將新理論、新技術(shù)應(yīng)用到樁基檢測(cè)工作之中，從而有效提高樁基檢測(cè)工作的整體效果。同時(shí)，借助現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，還可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樁基檢測(cè)工作的網(wǎng)絡(luò)化管理，并構(gòu)建樁基檢測(cè)資料庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)更新和傳遞，而且能夠?qū)z測(cè)市場(chǎng)借助網(wǎng)絡(luò)媒體置于大眾監(jiān)督之下，更好的提高樁基檢測(cè)工作的有效進(jìn)行。

6.4 建立科學(xué)的管理模式

樁基檢測(cè)單位需要對(duì)現(xiàn)有的管理模式進(jìn)行積極探索，并構(gòu)建一套系統(tǒng)、科學(xué)的管理模式，保證樁基檢測(cè)的順利進(jìn)行，這樣不僅可以降低樁基檢測(cè)和基礎(chǔ)施工階段出現(xiàn)藐視規(guī)范、隨意裁量等不良現(xiàn)象的發(fā)生，而且還可以更好的推動(dòng)中國建筑行業(yè)的健康發(fā)展。同時(shí)，樁基檢測(cè)單位還需要做好企業(yè)內(nèi)部的管控工作，對(duì)檢測(cè)人員的行為給予有效的約束，構(gòu)建系統(tǒng)、完善的檢測(cè)質(zhì)量管理體系，并保證管理體系落實(shí)到樁基檢測(cè)的每一個(gè)細(xì)節(jié)中，從而使樁基檢測(cè)管理水平得到有效提升。

6.5 提高檢測(cè)工作人員綜合素質(zhì)水平

在進(jìn)行建筑樁基檢測(cè)過程中，想要提高檢測(cè)工作的準(zhǔn)確度和整體質(zhì)量，就要提高檢測(cè)工作人員綜合素質(zhì)水平。作為樁基檢測(cè)單位，需要定期對(duì)檢測(cè)人員進(jìn)行專業(yè)理論知識(shí)和技能的培訓(xùn)與教育，從而有效提高他們的專業(yè)技能水平，同時(shí)還需要對(duì)他們進(jìn)行相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)和法律法規(guī)的培訓(xùn)與宣貫，有效提高他們的道德素養(yǎng)及綜合職業(yè)水準(zhǔn)，使他們更好的勝任樁基檢測(cè)工作。

7 結(jié)語

綜上所述，樁基檢測(cè)工作不僅可以確保建筑樁基的施工質(zhì)量，而且可以為后續(xù)施工環(huán)節(jié)提供技術(shù)上的科學(xué)指導(dǎo)，從而確保建筑施工的順利進(jìn)行，在一定程度上推動(dòng)中國建筑行業(yè)的良性發(fā)展。